用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置的制作方法

1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置。


背景技术：

2.对于上部组块上万吨的大型海上电气平台，如海上换流站，现有工程中通常采用浮托法进行海上就位安装。不同于传统油气平台，大型海上电气平台关键电气设备振动敏感度高、易损性大，随着海上风电平价竞争及轻量化目标的不断推进，工程领域常用的裕量设计法已逐步被淘汰，使得海上电气平台结构-设备耦合响应分析成为结构设计的关键工况，必须进行各类型振动荷载激励下的响应评估，以保障全寿命周期的可靠运行。而且最危险的振动情况并非发生在在位服役阶段，而是在浮托安装工况中，在上部组块完全离开浮托船舶后，上部插尖与下部接收装置依次发生“钢碰钢”接触碰撞的时刻。
3.大型海上电气平台对接碰撞一体化试验，需要特殊考虑对接碰撞时各主柱的约束状态——当浮托船舶与上部组块脱开后，由于安装精度上的误差，尚有插尖仍未完全进入桩腿耦合装置(以下简称lmu)中，该类位置处于对接碰撞状态，而插尖已经进入lmu的位置考虑为全约束状态，这导致在相同行/列内存在不同约束的组合。现有的振动台无法处理复杂约束的情况，且目前暂无可参考的试验装置和方案。此外，由于大型海上电气平台主柱数量多，对接碰撞状态工况组合复杂且所需试验工况数量大，若直接采用固定支撑框架，一方面不同框架本身的制造误差会带来试验误差；另一方面，数个支撑框架将导致试验时间及成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种对该特殊工况下的数值分析具备可靠的验证、实现平台-设备的耦合响应数据采集的试验装置。为此，本发明采用以下技术方案：
5.用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，包括振动台和约束框架、以及上部组块试验模型，同时配备对在响应过程中多方位数据处理的数据采集模块；在所述振动台内的激励装置设备顶部布置置物台，且所述置物台上设置预留基座，同时所述约束框架与所述置物台之间具有间隔区；所述约束框架包括设置在所述置物台上方且相互连接的纵向支撑框架和横向支撑框架，所述纵向支撑框架和所述横向支撑框架相连部分之间形成中空区域，所述中空区域内可拆卸布置有底座；所述上部组块试验模型底部设置插尖，并以此在所述底座上安装接触式接收器，以及在所述预留基座上安装有通过所述中空区域的非接触式接收器；所述接触式接收器与所述非接触式接收器上皆设置可与所述插尖连接配合的承载部位，以此分别形成对所述上部组块试验模型的固定式约束状态以及活动式约束状态。
6.进一步地：所述接触式接收器与所述非接触式接收器上的所述承载部位处于同一平面高度。
7.进一步地：所述纵向支撑框架和所述横向支撑框架的端部连接设置立柱，且所述立柱分布在所述振动台的外围部分。
8.进一步地：所述振动台包括设置在所述激励装置设备底部的支座，以使所述支座对所述激励装置设备提供统一支撑状态。
9.进一步地：所述底座上设置与所述纵向支撑框架、所述横向支撑框架连接的侧向支撑部件。
10.进一步地：所述数据采集模块包括布置在所述非接触式接收器所述承载部位上的三向传感器，形成所述振动台激振时响应状态的记录与比对。
11.进一步地：所述数据采集模块包括设置在所述底座上的监测传感器，形成对所述约束框架试验工况下振动响应的监测。
12.进一步地：所述数据采集模块包括设置在所述上部组块试验模型的外部框架与所述插尖之间的立柱，并以此在所述立柱上设置传感器布置区域，形成对不同高程位置振动响应数据的采集状态。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
14.本发明通过以模拟大型海上电气平台浮托安装过程中最不利的对接碰撞工况为目标，针对大跨度平台设备-结构耦合振动响应分析精度低、无法试验模拟等问题，基于现有试验振动台构型构建新型接触碰撞支撑框架体系，重现上部组块实际工程中约束方式及接触碰撞过程，揭示对接碰撞荷载机理及结构-设备耦合振动响应，为浮托安装施工提供可靠数据支撑，保障施工全过程结构与设备的安全性。
附图说明
15.图1为本发明的三维结构示意图；
16.图2为本发明约束框架的平面结构示意图；
17.图3为本发明上部组块试验模型与接触式接收器、非接触式接收器连接的立面结构示意图；
18.图4为本发明整体结构与接触式接收器-非接触式接收器连接的截面结构示意图；
19.图5为本发明整体结构与接触式接收器-接触式接收器连接的截面结构示意图。
20.附图中的标记为：振动台1、支座11、置物台12、激励装置设备13、预留基座14、约束框架2、纵向支撑框架21、横向支撑框架22、底座23、立柱24、侧向支撑部件25、接触式接收器31、非接触式接收器32、螺栓331、底板332、柱体333、橡胶垫334、承载部位34、上部组块试验模型4、上部组块框架41、设备模拟器42、插尖43、三向传感器5、监测传感器6、传感器布置区域7。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
22.如图1-5所示，用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，包括振动台1和约束框架2、以及上部组块试验模型4，同时配备对在响应过程中多方位数据处理的数据采集模块；在振动台1内的激励装置设备13顶部布置置物台12，且置物台12上设置预留基
座14，同时约束框架2与置物台12之间具有间隔区；约束框架2包括设置在置物台12上方且相互连接的纵向支撑框架21和横向支撑框架22，纵向支撑框架21和横向支撑框架22相连部分之间形成中空区域，中空区域内可拆卸布置有底座23；上部组块试验模型4底部设置插尖43，并以此在底座23上安装接触式接收器31，以及在预留基座14上安装有通过中空区域的非接触式接收器32；接触式接收器31与非接触式接收器32上皆设置可与插尖43连接配合的承载部位34，以此分别形成对上部组块试验模型4的固定式约束状态以及活动式约束状态。
23.本实施例中，该试验装置针对大跨度平台设备-结构耦合振动响应分析精度低、无法试验模拟等问题，提供模拟大型海上电气平台浮托对接时的接触碰撞试验，使得该特殊工况下的数值分析具备可靠的验证手段，为后续非线性、高频、多体耦合等响应分析方法改进与提升提供数据支撑。
24.针对对接碰撞工况时，在上部组块试验模型4底部不同位置处的插尖43和接触式接收器31或非接触式接收器32的约束状态，突破常规振动台试验实验对象的约束机制，为后续约束情况复杂的振动试验提供指导和借鉴。同时需说明的是接触式接收器31或非接触式接收器32可根据lmu(桩腿耦合装置)产品类型进行更换。
25.本实施例中，上部组块试验模型4是工程中海上电气平台上部组块的缩比模型，可根据模拟的工程项目更换不同的上部组块框架41、设备模拟器42、插尖43，其余荷载采用重量块替代。其中，上部组块试验模型4包括设置在上部组块框架41内部的设备模拟器42。
26.如图2所示，具体的，本实施例提供的约束框架2用于模拟对接碰撞时刻插尖43已经进入导管架桩腿耦合器(lmu)时的约束状态。纵向支撑框架21和横向支撑框架22构成地面约束平面部分，分别用于将纵向/横向已就位插尖43固定于无振动响应输入的地面位置；而底座23设置在约束框架2已预就位插尖位置处，用于固定接触式接收器31。
27.其中，底座23上设置与纵向支撑框架21、横向支撑框架22连接的侧向支撑部件25。侧向支撑部件25对接触式接收器31提供地面约束的约束框架2提供加强支撑，保证对接碰撞模拟时上部组块试验模型4预就位插尖位置的约束刚度；侧向支撑部件25可采用板件，通过将多个侧向支撑部件25布置在中空区域内的底座23上，与纵向支撑框架21和横向支撑框架22分段部分连接，并以此配备通过开孔连接的可拆卸螺栓结构，从而可实现不同接收器位置的地面约束及自由碰撞的切换，使约束框架2具备重复利可利用性，满足不同工况下上部组块试验模型4的约束情况；同时由于不仅侧向支撑部件25与纵向支撑框架21和横向支撑框架22可通过螺栓结构连接，侧向支撑部件25与底座23之间仍可通过螺栓结构连接，以此使得整体部分无需多余焊接操作，可操作性强。
28.其中，纵向支撑框架21和横向支撑框架22的端部连接设置立柱24，且立柱24分布在振动台1的外围部分。立柱24顶部与纵向支撑框架21和横向支撑框架22之间通过螺栓结构进行连接，同时立柱24底部通过焊接或螺栓等结构形式与地面进行与试验室地面形成固支约束，以确保约束框架2的整体稳定性。
29.如图3-5所示，具体的，本实施例提供的接触式接收器31与非接触式接收器32为lmu模拟装置，其承载部位34呈与插尖43配合的形状设计，具备插尖43导向功能，同时在接触式接收器31与非接触式接收器32的柱体333上设置橡胶垫334，以此为插尖43下放时提供缓冲效果。
30.其中，在接触式接收器31与非接触式接收器32的底部设置底板332，底板332内设
置螺栓孔，以此可根据试验需求与振动台1上的预留基座14或约束框架2上的底座23通过配备的螺栓331进行固定连接。
31.其中，接触式接收器31与非接触式接收器32上的承载部位34处于同一平面高度。接触式接收器31与非接触式接收器32大体相同，而非接触式接收器32因需要与振动台1相连，因此在竖直方向上的长度更长，以此两者的承载部位34处于同一标高位置。
32.如图4-5所示，具体的，振动台1包括设置在激励装置设备13底部的支座11，以使支座11对激励装置设备13提供统一支撑状态。
33.本实施例针对海上电气平台浮托对接时的接触碰撞试验提供数据采集模块，该数据采集模块为在该试验的工况下多体耦合等响应进行数据采集，并以此分析改进，为后续具体海上工况实际操作提供改进提升的数据支撑。
34.具体的，数据采集模块包括布置在非接触式接收器32承载部位34上的三向传感器5，记录振动台1激振时的响应状态，可与输入响应进行对比，确保输入荷载的准确性。
35.具体的，数据采集模块还包括设置在底座23上的监测传感器6，用于监测试验工况下约束框架2的振动响应，以便更好地消除约束框架2刚度不足引起的试验误差。
36.具体的，数据采集模块还包括设置在上部组块试验模型4的外部框架41与插尖43之间的立柱，并以此在立柱上设置传感器布置区域7，在该传感器布置区域7的不同高程及主要设备区域布设所需传感器，来采集振动响应数据，而该数据即为结构与设备的输出响应，为后续研究分析提供可靠支撑。
37.请参阅图1-5，在试验装置进行海上电气平台浮托对接时接触碰撞的模拟试验时，具体方式如下：
38.通过在预留基座14上固定连接非接触式接收器32，以及在底座23上固定连接接触式接收器31，且接触式接收器31、非接触式接收器32所在位置与上部组块试验模型4的插尖43预下落试验位置相对应，以此来预先确定所要试验的工况。
39.在试验过程中，上部组块框架41与设备模拟器42固定，并通过试验室内的吊装设备对上部组块试验模型4整体吊装，进而使插尖43与接触式接收器31或非接触式接收器32相连。振动台1通过激励装置设备13产生的激励将通过非接触式接收器32传导至插尖43，进而对上部组块试验模型4整体结构产生作用。
40.并以此通过数据采集模块来得到具体工况下的数据采集，以此为数值分析提供可靠的验证手段，同时为后续非线性、高频、多体耦合等响应分析方法改进与提升提供数据支撑。
41.以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：包括振动台(1)和约束框架(2)、以及上部组块试验模型(4)，同时配备对在响应过程中多方位数据处理的数据采集模块；在所述振动台(1)内的激励装置设备(13)顶部布置置物台(12)，且所述置物台(12)上设置预留基座(14)，同时所述约束框架(2)与所述置物台(12)之间具有间隔区；所述约束框架(2)包括设置在所述置物台(12)上方且相互连接的纵向支撑框架(21)和横向支撑框架(22)，所述纵向支撑框架(21)和所述横向支撑框架(22)相连部分之间形成中空区域，所述中空区域内可拆卸布置有底座(23)；所述上部组块试验模型(4)底部设置插尖(43)，并以此在所述底座(23)上安装接触式接收器(31)，以及在所述预留基座(14)上安装有通过所述中空区域的非接触式接收器(32)；所述接触式接收器(31)与所述非接触式接收器(32)上皆设置可与所述插尖(43)连接配合的承载部位(34)，以此分别形成对所述上部组块试验模型(4)的固定式约束状态以及活动式约束状态。2.根据权利要求1所述的用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：所述接触式接收器(31)与所述非接触式接收器(32)上的所述承载部位(34)处于同一平面高度。3.根据权利要求1所述的用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：所述纵向支撑框架(21)和所述横向支撑框架(22)的端部连接设置立柱(24)，且所述立柱(24)分布在所述振动台(1)的外围部分。4.根据权利要求1所述的用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：所述振动台(1)包括设置在所述激励装置设备(13)底部的支座(11)，以使所述支座(11)对所述激励装置设备(13)提供统一支撑状态。5.根据权利要求1所述的用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：所述底座(23)上设置与所述纵向支撑框架(21)、所述横向支撑框架(22)连接的侧向支撑部件(25)。6.根据权利要求1所述的用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：所述数据采集模块包括布置在所述非接触式接收器(32)所述承载部位(34)上的三向传感器(5)，形成所述振动台(1)激振时响应状态的记录与比对。7.根据权利要求1所述的用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：所述数据采集模块包括设置在所述底座(23)上的监测传感器(6)，形成对所述约束框架(2)试验工况下振动响应的监测。8.根据权利要求1所述的用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，其特征在于：所述数据采集模块包括设置在所述上部组块试验模型(4)的外部框架(41)与所述插尖(43)之间的立柱，并以此在所述立柱上设置传感器布置区域(7)，形成对不同高程位置振动响应数据的采集状态。

技术总结
本发明提供了用于模拟海上电气平台浮托对接时接触碰撞的试验装置，包括振动台和约束框架、以及上部组块试验模型，同时配备对在响应过程中多方位数据处理的数据采集模块；在所述振动台内的激励装置设备顶部布置置物台，且所述置物台上设置预留基座，同时所述约束框架与所述置物台之间具有间隔区；所述约束框架包括设置在所述置物台上方且相互连接的纵向支撑框架和横向支撑框架。本发明通过以模拟大型海上电气平台浮托安装过程中最不利的对接碰撞工况为目标，揭示对接碰撞荷载机理及结构-设备耦合振动响应，为浮托安装施工提供可靠数据支撑，保障施工全过程结构与设备的安全性。保障施工全过程结构与设备的安全性。保障施工全过程结构与设备的安全性。


技术研发人员：戚海峰 孙震洲 陈杰峰 朱弈嶂 屈思怡 俞华锋 刘晓良 杨文斌 陈晴 王霄鹤
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/7